一种消除光强扰动的光场成像方法技术

本发明专利技术属于一种成像方法，为解决目前激光光场成像技术中提高像质的方法，存在使用范围受限、实际应用中实现难度大、成本高的技术问题，提供一种消除光强扰动的光场成像方法，基于光束光强比系数矩阵方法，消除光束光强扰动因子对成像像质影响，可有效抑制光束光强波动对成像像质的影响。在实际应用中由于受大气湍流及激光束光强自身波动影响，光束的光强振幅随机波动，带来频谱迭代重建误差，并影响重构图像质量，计算光强比例系数求解得到光强扰动因子，再通过相位闭合处理后消除光强扰动因子对频谱分量的影响，再进行逆傅里叶重建图像，来实现激光光强波动降质效应的消除。来实现激光光强波动降质效应的消除。来实现激光光强波动降质效应的消除。

【技术实现步骤摘要】
一种消除光强扰动的光场成像方法


[0001]本专利技术属于一种成像方法，具体涉及一种消除光强扰动的光场成像方法。

技术介绍

[0002]激光光场成像是一种新型高分辨计算成像技术，如图1所示，原理是通过主动发射多束相干激光02扫描目标01表面，反射的激光回波信号经接收系统03信号解调，相位闭合抑制湍流扰动影响后，重构目标高分辨图像。和常规光学成像相比，该新型计算成像技术具有分辨率高、主动性强等特点，在空间远程目标探测领域具有广阔的应用前景。
[0003]目前，激光光场成像系统在频谱采样过程中耗时较长，需要光源光强输出保持稳定，以满足频谱迭代重构成像条件。另外，采样过程中的激光光强波动效应，直接影响了频谱分量的迭代求解精度，进而影响了成像质量，甚至导致无法重建目标图像。这也说明光束光强波动是影响成像质量的一个重要因素。因此，激光光束光强扰动与湍流光强闪烁抑制问题的解决是提升光场成像像质的关键。
[0004]国内外学者均对此进行了深入研究。E.Louis Cuellar等人开展了对光场成像系统在大气湍流及光强起伏效应影响下的图像重建算法研究。William T.Rhodes等人提出，可以采用长时间采样取平均的方法抑制光强闪烁。并采用高稳定性的激光光源，保证光束光强输出稳定性，进而在一定程度上消除激光光束光强波动对像质的影响。
[0005]但是，上述方法仍然存在一些问题，随着采样时间的加长会导致成像时效性变差，使得成像技术的使用范围受到限制。尤其对于高稳定激光光源的方法而言，对激光光源稳定性要求过高，在实际应用中面临实现难度大、成本高的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决目前激光光场成像技术中提高像质的方法，存在使用范围受限、实际应用中实现难度大、成本高的技术问题，提供一种消除光强扰动的光场成像方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0008]一种消除光强扰动的光场成像方法，基于三光束T型激光阵列光场成像系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0009]S1，依次测量激光发射阵列上各频谱采样点第二光束在各时刻的光强值，以及激光发射阵列上第1频谱采样点第一光束在t1时刻的光强值；t1表示第1频谱采样点采样时刻；
[0010]S2，根据步骤S1得到的光强值，获取所有频谱采样点第二光束相对第一光束的光强比例系数矩阵M；
[0011]S3，固定三束激光中任意两束激光在激光发射阵列所在坐标系中的位置，使另一束激光在激光发射阵列所在坐标系中的位置随时间变化；对目标激光回波光信号S(t)解调，得到回波解调信号P
ij
，根据三光束相位闭合原理，由回波解调信号P
ij
逐次求解，得到变化的激光各阶相位闭合系数R
12n
；
[0012]S4，通过步骤S2获得的矩阵M消除光强扰动因子对成像频谱分量的影响；
[0013]S5，根据光强扰动因子和成像频谱分量，结合激光各阶相位闭合系数R
12n
，根据频谱重建原理，重建各阶成像频谱分量，得到变化的激光在各位置处的高阶频谱分量；
[0014]S6，通过步骤S5得到的所述高阶频谱分量逆傅里叶重重建目标图像，得到消除光强扰动的图像。
[0015]进一步地，步骤S2具体为，通过下式获取所有频谱采样点第二光束相对第一光束的光强比例系数矩阵M：
[0016][0017]其中，r＝1,2,
…
,n，Q2‑
tr
为第i频谱采样点在t
i
时刻第二光束的光强值，Q1‑
tr
为第r频谱采样点在t
r
时刻第一光束的光强值，A2(t
r
)为第r频谱采样点第二光束对应的瞬时光强振幅，A1(t
r
)为第i频谱采样点第一光束对应的瞬时光强振幅；
[0018]M＝[k
1_12
,k
2_12
,
…
,k
n_12
]。
[0019]进一步地，步骤S3中，固定第一光束和第二光束，使第三光束在激光发射阵列所在坐标系中的位置随时间变化；
[0020]各阶相位闭合系数R
12n
通过下式计算得到：
[0021][0022]其中，P
12
为第三光束在位置r处，第一光束和第二光束形成的回波解调信号；P
2r
为第三光束在位置r处，第二光束和第三光束形成的回波解调信号；P
1r
为第三光束在位置r处，第一光束和第三光束形成的回波解调信号；O
12
为第一光束在位置1处与第二光束在位置2处获取的频谱分量；O
2r
为第二光束在位置2处与第三光束在位置r处获取的频谱分量；O
1r
为第一光束在位置1处与第三光束在位置r处获取的高阶频谱分量，N为采样点数。。
[0023]进一步地，步骤S4具体为，通过下式消除光强扰动因子对成像频谱分量的影响：
[0024]A2(t
r
)2＝k
r_12
·
C
[0025]其中，A2(t
r
)2为光强扰动因子，C为常数因子，C＝A1(t1)2。
[0026]进一步地，步骤S5具体为，通过下式重建各阶成像频谱分量，得到第一光束在位置1处与第三光束在位置n处获取的频谱分量O
1n
：
[0027][0028]其中，R
12n
为n阶相位闭合系数，O
2n
为第二光束在位置2处与第三光束在位置n处获取的频谱分量，k
i_12
为第i频谱采样点第二光束相对第一光束的光强比例系数。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]1.本专利技术提出一种消除光强扰动的光场成像方法，激光光场成像技术在应用转化过程中，由于湍流光强闪烁及激光束光强波动等影响，带来频谱迭代误差，并进而影响重构图像质量。本专利技术基于光束光强比系数矩阵方法，消除光束光强扰动因子对成像像质影响，可有效抑制光束光强波动对成像像质的影响。在光场成像实际系统设计实现中，能够降低对多光束光强稳定性的要求，提高了系统的可实现性。
[0031]2.本专利技术的方法经验证，针对字母S目标，进行直接重建和抑制光强扰动后重建图
像，直接重构图像的斯特列尔比为52.9％，采用本专利技术的方法抑制光强扰动系数后重构图像，图像斯特列尔比为70.7％。根据实验结果分析可知，抑制光强扰动后图像与直接重构图像相比，轮廓更清晰，抑制光强扰动后图像特列尔分别提高17.8％，重构成像质量改善明显。
附图说明
[0032]图1为激光光场成像原理示意图；
[0033]图1中，01
‑
目标、02
‑
多束相干激光、03
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除光强扰动的光场成像方法，基于三光束T型激光阵列光场成像系统，其特征在于，包括以下步骤：S1，依次测量激光发射阵列上各频谱采样点第二光束在各时刻的光强值，以及激光发射阵列上第1频谱采样点第一光束在t1时刻的光强值；t1表示第1频谱采样点采样时刻；S2，根据步骤S1得到的光强值，获取所有频谱采样点第二光束相对第一光束的光强比例系数矩阵M；S3，固定三束激光中任意两束激光在激光发射阵列所在坐标系中的位置，使另一束激光在激光发射阵列所在坐标系中的位置随时间变化；对目标激光回波光信号S(t)解调，得到回波解调信号P
ij
，根据三光束相位闭合原理，由回波解调信号P
ij
逐次求解，得到变化的激光各阶相位闭合系数R
12n
；S4，通过步骤S2获得的矩阵M消除光强扰动因子对成像频谱分量的影响；S5，根据光强扰动因子和成像频谱分量，结合激光各阶相位闭合系数R
12n
，根据频谱重建原理，重建各阶成像频谱分量，得到变化的激光在各位置处的高阶频谱分量；S6，通过步骤S5得到的所述高阶频谱分量逆傅里叶重重建目标图像，得到消除光强扰动的图像。2.根据权利要求1所述一种消除光强扰动的光场成像方法，其特征在于：步骤S2具体为，通过下式获取所有频谱采样点第二光束相对第一光束的光强比例系数矩阵M：其中，r＝1,2,
…
,n，Q2‑
tr
为第i频谱采样点在t
i
时刻第二光束的光强值，Q1‑
tr
为第r频谱采样点在t
r
时刻第一光束的光强值，A2(t
r
)为第r频谱采样点第二光束对应的瞬时光强振幅，A1(t
r
)为第i频谱采样点第一光束对应的瞬时光强振幅；M＝[k
1_12
,k
2...

【专利技术属性】
技术研发人员：程志远，郝伟，苏华，纪洲，高彦生，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：